【正文】 方便。鑒于對(duì)以上三個(gè)方案的對(duì)比分析，方案三最符合設(shè)計(jì)要求，所以我選擇使用方案三來設(shè)計(jì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主體電路。由于本課題要求采用四路巡回檢測(cè)，如果采用本方案那么就需要8個(gè)特性相同的半導(dǎo)體氣體傳感器（4個(gè)密封檢測(cè)氣體濃度，另外4個(gè)做補(bǔ)償），為了達(dá)到更好的溫度修正效果，往往需要傳感器廠家的配合，在生產(chǎn)時(shí)對(duì)傳感器進(jìn)行成對(duì)生產(chǎn)，以保證傳感器特性的一致性。所謂硬件補(bǔ)償是指直接使用溫度傳感器在電路中對(duì)氣體傳感器進(jìn)行補(bǔ)償，這種方式雖然簡單，但只有在溫度傳感器和氣體傳感器的溫度特性一致時(shí)，才能很好地補(bǔ)償；很難實(shí)現(xiàn)寬范圍的氣體傳感器和溫度傳感器的特性匹配。動(dòng)態(tài)特性好的煙霧傳感器，其輸出特性曲線隨時(shí)間變化很小。分析：此設(shè)計(jì)雖然簡單，但是存在著嚴(yán)重的問題。③系統(tǒng)設(shè)置報(bào)警部分可以考慮采用蜂鳴器和發(fā)光二極管報(bào)警根據(jù)對(duì)上面設(shè)計(jì)系統(tǒng)的分析，我們得到該設(shè)計(jì)思想框圖如下圖21所示：圖21 思想框圖將上述設(shè)計(jì)思想結(jié)合設(shè)計(jì)要求總結(jié)為：單片機(jī)電路制作變電站火災(zāi)煙霧故障監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)對(duì)三個(gè)不同位置的煙霧濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)；煙霧信號(hào)采集電路一般由電阻型半導(dǎo)體氣體傳感器和模擬放大電路組成，將煙霧信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬的電信號(hào)。 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)如下功能：系統(tǒng)能檢測(cè)三個(gè)不同位置的煙霧濃度，把檢測(cè)到的信號(hào)送單片機(jī)處理，處理過的數(shù)據(jù)送顯示器顯示，在煙霧濃度達(dá)到設(shè)置值時(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)聲光報(bào)警，實(shí)現(xiàn)串口通信功能。要對(duì)程序進(jìn)行多次調(diào)試，分塊編程。這也是在設(shè)計(jì)過程中需要解決的關(guān)鍵的問題。在消防報(bào)警產(chǎn)品的技術(shù)含量上，國內(nèi)產(chǎn)品和國外產(chǎn)品差距不是很大，許多指標(biāo)已經(jīng)超越，存在的問題是：類似于國外消防報(bào)警產(chǎn)品的大批量規(guī)?；纳a(chǎn)才剛起步，有待于積累經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)；也因此在產(chǎn)品一致性和長期穩(wěn)定性上有一些差距；國內(nèi)正在形成權(quán)重的大型企業(yè)和集團(tuán)，這樣可以帶領(lǐng)國內(nèi)的各家企業(yè)去沖擊海外市場(chǎng)，并最終占領(lǐng)海外的消防報(bào)警市場(chǎng)。（2）該產(chǎn)品無需專業(yè)人員操作，只要放在合適位置，通電即可，連續(xù)使用、方便簡捷。選擇一款優(yōu)質(zhì)的煙霧報(bào)警器，首先要選擇質(zhì)量過關(guān)的傳感器。集中報(bào)警是將接收到的信號(hào)以聲光方式顯示出來，其屏幕上也具體顯示出著火的樓層和房間號(hào)，機(jī)上停走的時(shí)鐘記錄下首次報(bào)警時(shí)間性，利用本機(jī)專用電話，還可迅速發(fā)出指示和向消防隊(duì)報(bào)警。我國的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制系統(tǒng)經(jīng)歷了從無到有、從簡單到復(fù)雜的發(fā)展過程，其智能化程度也越來越高。本文的變電站煙霧監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)就是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一種典型應(yīng)用，要求能夠檢測(cè)煙霧濃度，并且在氣體濃度超過給定值時(shí)能實(shí)時(shí)報(bào)警。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的過程中，應(yīng)不斷調(diào)整軟、硬件，協(xié)調(diào)地進(jìn)行軟、硬件設(shè)計(jì)，以提高工作效率。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件組成。隨著新技術(shù)和自動(dòng)化的發(fā)展，傳感器的使用數(shù)量越來越大，一切現(xiàn)代化儀器、設(shè)備幾乎都離不開傳感器。此次三路檢測(cè)系統(tǒng)正是把ADC0809與AT89S51單片機(jī)有機(jī)的結(jié)合起來，也符合了本設(shè)計(jì)的要求?；馂?zāi)探測(cè)器是探測(cè)火災(zāi)的儀器，由于在火災(zāi)發(fā)生的階段，將伴隨產(chǎn)生煙霧、高溫度火光。煙霧報(bào)警器的核心是氣體傳感器，俗稱“電子鼻”。氣體傳感器受濕度、溫度的影響較大，在條件需要的時(shí)候應(yīng)該采用溫度、濕度補(bǔ)償來提高測(cè)量精度[１]。是物理傳感技術(shù)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸和管理、智能樓宇等技術(shù)的綜合集成，屬于高新技術(shù)。中國企業(yè)正虎視眈眈，準(zhǔn)備進(jìn)軍海外市場(chǎng)[6]。硬件的設(shè)計(jì)需要單片機(jī)、模電及其數(shù)電的相關(guān)知識(shí)。并且把這些元器件焊接在一塊電路板上。（2）依據(jù)上面所說的思路，得到如下一些基本的結(jié)論：①信號(hào)采集部分為了能準(zhǔn)確采集到氣體濃度的變化應(yīng)選用半導(dǎo)體氣體傳感器，為使其有效的檢測(cè)煙霧濃度，采用電阻型半導(dǎo)體氣體傳感器；而放大部分使用運(yùn)放進(jìn)行放大。以上是根據(jù)報(bào)警器應(yīng)具備的功能，提出的整體設(shè)計(jì)思路。靜態(tài)特性通常反映在靈敏度上。煙霧傳感器特性總是會(huì)受到環(huán)境溫度、濕度的影響而變化，煙霧報(bào)警器要能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境氣氛的監(jiān)控，有效避免誤報(bào)、漏報(bào)，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，必須對(duì)煙霧傳感器進(jìn)行有效的溫、濕度補(bǔ)償和修正。由于方案一傳感器測(cè)量精度不高，所以不予采納。分析：選用此方法設(shè)計(jì)電路不僅解決了溫度、濕度的影響，并且簡化了設(shè)計(jì)電路，降低了成本，采用此種方法設(shè)計(jì)主體電路。 (b)利用物理性質(zhì)的煙霧傳感器：如熱導(dǎo)煙霧傳感器、光干涉煙霧傳 感器、紅外傳感器等。按照敏感機(jī)理分類，可分為電阻型和非電阻型。 (d)高分子煙霧傳感器 利用高分子氣敏材料制作的煙霧傳感器近年來得到很大的發(fā)展。目前國際上絕大部分毒氣檢測(cè)采用該類型傳感器。 不同的煙霧吸收不同波長的IR，所以傳感器根據(jù)目標(biāo)煙霧而調(diào)整，典型應(yīng)用包括測(cè)量CO和CO冷凍劑煙霧和一些易燃?xì)狻?阻緩是當(dāng)在煙霧與空氣的混合物中含有硫化氫等含硫物質(zhì)的情況下，則有可能在無焰燃燒的同時(shí)，有些固態(tài)物質(zhì)附著在催化元件表面，阻塞載體的微孔，從而引起響應(yīng)緩慢反應(yīng)滯緩，靈敏度降低。 經(jīng)過對(duì)比上述兩種煙霧傳感器的應(yīng)用特性，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體煙霧傳感器的優(yōu)點(diǎn)更加突出：靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾性好、使用方便、價(jià)格便宜，且不會(huì)發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護(hù)成本較低等。這種傳感器可檢測(cè)多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。封裝好的氣敏元件有6只針狀管腳，其中4個(gè)用于信號(hào)取出，2個(gè)用于提供加熱電流。(3)能在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中可靠運(yùn)行的品質(zhì)。為提高響應(yīng)時(shí)間，保證傳感器準(zhǔn)確地、 穩(wěn)定地工作，報(bào)警器需要向煙霧傳感器持續(xù)輸出一個(gè)5V的電壓。以此理解，單片機(jī)煙霧故障監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)同樣具有單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的三個(gè)層次。 為適應(yīng)變電站和工業(yè)等場(chǎng)所對(duì)可燃性易爆煙霧安全性要求，設(shè)計(jì)的可燃性煙霧報(bào)警儀應(yīng)不僅能在較寬的溫度范圍工作，而且應(yīng)具有顯示可燃煙霧濃度、延時(shí)報(bào)警功能及可接計(jì)算機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)測(cè)等功能。 3 煙霧檢測(cè)報(bào)警器的硬件模塊設(shè)計(jì)根據(jù)第二章的介紹系統(tǒng)的硬件部分可以分成三個(gè)模塊來做，現(xiàn)在就先進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)部分，然后再具體介紹各部分硬件電路的設(shè)計(jì)。采集信號(hào)經(jīng)過ADC0809處理后送單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理后的信息將通過單片機(jī)控制，在LCD顯示器上顯示出來。Vcc(40腳):主電源+5V。 圖33 AT89S51引腳功能圖表31 P3口的引腳功能引腳信號(hào) 控制信號(hào)說明RXD串行數(shù)據(jù)輸入TXD串行數(shù)據(jù)輸出INT0外部中斷0INT1外部中斷1T0定時(shí)器0輸入T1定時(shí)器1輸入WR寫存儲(chǔ)器信號(hào)RD讀存儲(chǔ)器信號(hào) ～(1～8腳):Pl是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。ALE/PROG：ALE是英文ADDRESS LATCH ENABLE的縮寫，表示允許地址鎖存允許信號(hào)。訪問外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效。也可以進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位，在Vcc和RST引腳之間接一個(gè)按鍵，即可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位。將外加脈沖加到INT0輸入，平時(shí)為低電平。氣體濃度經(jīng)過設(shè)置后送單片機(jī)記錄，在采集到的氣體濃度過大，超過安全值時(shí)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器和發(fā)光二極管工作，提供報(bào)警服務(wù)。電路的設(shè)計(jì)都在建立在理論的基礎(chǔ)上。C1，C2一般選用滌綸電容， μ F或者幾個(gè)μ F。當(dāng)平滑電容距離穩(wěn)壓器很近時(shí)，可以省掉陶瓷電容。另外輸入Vi的上限由各品種規(guī)定，對(duì)于低輸入電壓品種其上限電壓≤30V，高輸入電壓品種≤40V。8%幾類。電源電路的設(shè)計(jì)圖37 系統(tǒng)+5V電源電路輸入部分設(shè)計(jì)根據(jù)以上所介紹的參數(shù)，本系統(tǒng)所用+5V電源通過采用7805穩(wěn)壓管輸入到系統(tǒng)中，電路圖如圖37所示。對(duì)于輸入電壓Vi也有一定的要求，因?yàn)橥ㄟ^前面章節(jié)對(duì)傳感器的分析得知當(dāng)傳感器的煙霧濃度達(dá)到100%時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓值為0V，煙霧濃度為0%，所以模擬樣機(jī)采用兩倍放大，假使傳感器輸出電壓在0~，放大兩倍之后達(dá)到0~，所以要用一個(gè)電阻與變阻器分壓，使變阻器輸出的電壓在0~，電路采用的變阻器為1k的，在輸入電壓為5v的情況下。ADC0809是8位CMOS逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換集成電路，片內(nèi)帶有鎖存功能的8路模擬多路開關(guān)，可對(duì)8路0~~5V的輸入模擬電壓信號(hào)分時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，片內(nèi)具有多路開關(guān)的地址譯碼和鎖存電路、比較器、256R電阻T型網(wǎng)絡(luò)、樹狀電子開關(guān)、逐次逼近寄存器SAR，控制與時(shí)序電路等。（4）單個(gè)＋5V電源供電。ALE（22腳）為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。在脈沖上升沿，A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部寄存器均被清零在下降沿開始A/D轉(zhuǎn)換。（8）116腳REF（+）、REF（）：正負(fù)基準(zhǔn)電壓輸入端。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。綠燈常亮表示正常狀態(tài)，環(huán)境中可燃煙霧濃度極低，紅燈亮表示環(huán)境中可燃煙霧濃度超過報(bào)警限值，提醒用戶盡快作相應(yīng)安全措施。寫狀態(tài),下降沿有效注意常用的命令：0x01：清屏； 0x38：8位數(shù)據(jù)傳送（0x28,4位數(shù)據(jù)傳送）； 0x0C：開LCD；0x08：關(guān)LCD； 0x18：字符左移； 0x04：向左移動(dòng)光標(biāo)；0x06：向右移動(dòng)光標(biāo)；(2) 通信方式線并行通信（命令：0x38）采用8線并口通信,占微控制端的I/O口,具體程序可以見發(fā)布的程序。但都是在RS232標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上經(jīng)過改進(jìn)而形成的。目前在IBM PC機(jī)上的COMCOM2接口，就是RS232C接口。目前較為廣泛地使用集成電路轉(zhuǎn)換器件，MAX232芯片可完成TTL←→EIA雙向電平轉(zhuǎn)換，本系統(tǒng)中由于下載器單片機(jī)輸入輸出采用COMS電壓，因此在串口與其接口部分即采用MAX232作為電平轉(zhuǎn)換，圖316顯示了MAX232的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳和具體連接方法?？梢娺@個(gè)最大的距離是在碼元畸變小于4%的前提下給出的。允許發(fā)送（Clear to sendCTS）——用來表示DCE準(zhǔn)備好接收DTE發(fā)來的數(shù)據(jù)，是對(duì)請(qǐng)求發(fā)送信號(hào)RTS的響應(yīng)信號(hào)。振鈴指示(RingingRI)——當(dāng)MODEM收到交換臺(tái)送來的振鈴呼叫信號(hào)時(shí)，使該信號(hào)有效（ON狀態(tài)），通知終端，已被呼叫。設(shè)計(jì)如下圖317所示：圖317 串口通信電路設(shè)計(jì)圖4 變電站煙霧檢測(cè)報(bào)警器的軟件設(shè)計(jì) AT89S51單片機(jī)調(diào)試及開發(fā)工具本系統(tǒng)的軟件編程使用的是美國Keil Software公司出品的Keil C51，是51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)可以用C語言編程序，也可以用匯編語言編程序，本人選擇了用C語言編寫程序。因此，使用C語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)已成為軟件開發(fā)的一個(gè)主流。另外重要的一點(diǎn)，Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。 煙霧檢測(cè)報(bào)警器軟件流程及設(shè)計(jì) 本論文中，軟件解決的主要問題是檢測(cè)煙霧傳感器的煙霧濃度信號(hào)，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，段式液晶濃度顯示，以及報(bào)警器聲光警報(bào)。 TH1 = 0xf9。}開始將電壓轉(zhuǎn)成濃度值LCD初始化串口通信初始化讀0809的數(shù)據(jù)將讀到的數(shù)據(jù)發(fā)送到串口pc機(jī)顯示AD轉(zhuǎn)化延時(shí)一秒1602顯示濃度值綠色發(fā)光二極管亮紅色發(fā)光二極管亮蜂鳴器響濃度值是否超過50%圖41 主程序流。 ES = 1。程序的主流程圖見圖41。 C51工具包的整體結(jié)構(gòu)中，μVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。軟件部分是用來配合硬件電路，控制后面電路的響應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)預(yù)定功能。 主要編程序來控制定時(shí)、計(jì)時(shí)中斷、和輸出等。接收數(shù)據(jù)(Received dataRxD)——通過RxD線終端接收從MODEM發(fā)來的串行數(shù)據(jù)，(DCE→DTE)。這對(duì)RTS/CTS請(qǐng)求應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號(hào)是用于半雙工MODEM系統(tǒng)中發(fā)送方式和接收方式之間的切換。接口信號(hào)RS232C規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)接口有25條線，4條數(shù)據(jù)線、11條控制線、3條定時(shí)線、7條備用和未定義線，常用的只有9根，它們是：①聯(lián)絡(luò)控制信號(hào)線：數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好（Data set readyDSR)——有效時(shí)（ON）狀態(tài)，表明MODEM處于可以使用的狀態(tài)。（1） DB25連接器PC和XT機(jī)采用DB25型連接器。圖316 MAX232內(nèi)部結(jié)構(gòu)、連線示意圖在TxD和RxD上：邏輯1(MARK)=3V～15V邏輯0(SPACE)=+3～＋15V在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上：信號(hào)有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）＝+3V～+15V信號(hào)無效（斷開，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓)= 3V～15V以上規(guī)定說明了RS323C標(biāo)準(zhǔn)對(duì)邏輯電平的定義。RS323C標(biāo)準(zhǔn)是美國EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)）與BELL等公司一起開發(fā)的1969年公布的通信協(xié)議。電路使用5V電源供電。顯示模塊LCD1602的簡介液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件了。 A/D轉(zhuǎn)換電路的具體設(shè)計(jì) ，、ADDB、ADDC選擇通道IN0～I(xiàn)N2，利用74LS74來進(jìn)行分頻得到時(shí)鐘信號(hào)。正負(fù)基準(zhǔn)電壓的典型值分別為+5V和0V。在START信號(hào)上升沿之后的0～2us+8個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)間內(nèi)，EOC變?yōu)榈碗娖?。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。（6）工作溫度范圍為40～＋85攝氏度。輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連到單片機(jī)數(shù)據(jù)總線。 在圖38中，根據(jù)運(yùn)放的“虛短”和“虛斷”的特點(diǎn)可知，I = I+ = 0，所以得出式（31）：Vo= R13*V/R16+V (31)而且V =V+=Vi由以上兩式可求出式（32）：Vo = Vi*（R13+R16）/R13 (32)所以本放大電路的放大倍數(shù)A =1+ R16/R13，此放大電路為同相比例放大電路，因此R13~R18均用10k電阻。